فريق ياباني ينجح في عرض تقنية تتبع منصات الاتصالات عالية الارتفاع باستخدام نبضات ليزر أرضية

عرضت كل من سوفت بنك اليابانية وجامعة هوسي والمعهد الياباني لأبحاث المناطق القطبية طريقة لتتبع منصات الاتصالات عالية الارتفاع من الأرض باستخدام نبضات ليزر، في خطوة مهمة نحو ربط بصري مستقبلي بين الأرض والستراتوسفير والأقمار الاصطناعية. واستخدم العرض عاكسًا زاويًا (CCR) مُركّبًا على منصة من نوع LTA ضمن نظام المنصات عالية الارتفاع (HAPS) تديره الشركة الأمريكية Sceye. واستمر نظام مدمج ومحمول لتحديد المدى بالليزر على الأرض في تتبع منصة HAPS، واكتشف نبضات الليزر المنعكسة من العاكس أثناء عمل المنصة في الستراتوسفير.

أفادت سوفت بنك بأن هذا العرض هو الأول عالميًا لهذا الشكل المحدد من تحديد المدى بالليزر الأرضي لمنصة HAPS في الستراتوسفير، استنادًا إلى معلومات عامة راجعتها المؤسسات الثلاث حتى 8 سبتمبر 2026.

لماذا أُجري اختبار انعكاس الليزر

لماذا يخضع HAPS لاختبار انعكاس ليزر؟ تبدو هذه التجربة أبسط من عروض الاتصالات الليزرية التقليدية، لأن منصة HAPS لم ترسل بيانات عبر طرفية بصرية، بل حملت عاكسًا سلبيًا. صُمّم العاكس الزاوي (CCR) لإعادة أي ضوء يدخل إليه إلى مصدره بصرف النظر عن زاوية الدخول. ومن خلال تركيبه على منصة HAPS، تمكّن الباحثون من اختبار ما إذا كانت المحطة الأرضية قادرة على اقتناء وتتبع منصة متحركة باستمرار، وتوجيه حزمة الليزر نحوها، واكتشاف إشارة العودة الضعيفة للغاية. تعمل منصات HAPS على ارتفاع نحو 20 كيلومترًا فوق الأرض، ويتغير موقعها واتجاهها باستمرار.

ولذلك، يحتاج نظام الاتصالات إلى تحديد موقع المركبة الجوية، وإجراء الاقتناء البصري، والحفاظ على توجيه حزمة ليزر ضيقة، ومواصلة التتبع أثناء حركتها. تُسمّي سوفت بنك هذه المجموعة من الوظائف باسم التوجيه والاقتناء والتتبع (PAT). أتاح اختبار العاكس الزاوي (CCR) للباحثين دراسة هذه التحديات قبل تركيب طرفية اتصالات بصرية كاملة.

أُجري العرض التجريبي للانتقال من تحديد المدى بالليزر إلى الاتصالات البصرية في 23 و24 أغسطس 2026، بعد ملاحظات أولية وتعديلات برمجية نُفذت في 22 أغسطس. عملت منصة HAPS فوق المياه القريبة من رأس موروتو في محافظة كوتشي. واقتنى النظام الأرضي منصة HAPS وتتبعها باستمرار، بينما أرسل حزم نبضات ليزر إلى العاكس الزاوي الخاص بها وتلقى الإشارة المنعكسة. كما أنتجت التجربة بيانات حول مدى توهين إشارة الليزر أثناء انتقالها بين الأرض والستراتوسفير. وتساعد هذه المعلومات الجوية في تحديد متطلبات معدات الاتصالات البصرية المستقبلية لمنصة HAPS، بما في ذلك كيفية تركيب الطرفية وتشغيلها.

كما كان الاختبار تحديًا تقنيًا، لأن الحزمة المنعكسة عن العاكس الزاوي تعود ضمن نطاق زاوي ضيق جدًا. وأوضحت سوفت بنك أن دقة التوجيه وتتبع الاستقبال اللازمة لتحديد المدى بالليزر للأقمار الاصطناعية تزيد بنحو رتبة واحدة عن دقة وصلة الاتصالات البصرية التقليدية.

ومن الجدير بالذكر أن قدرة الليزر المستخدمة في التجربة لم تكن عالية، وكان النظام يتوقف عن الإرسال عند رصد طائرة مأهولة تتجه نحو منصة HAPS. ويبني هذا العرض على أعمال سابقة أثبتت قدرة الاتصالات البصرية على العمل بين الستراتوسفير والأرض. ففي عام 2005، أجرى المركز الألماني لشؤون الفضاء تجربة STROPEX التي عرضت وصلة هابطة بصرية بسرعة 1.25 Gbit/s من بالون ستراتوسفيري على ارتفاع نحو 22 كيلومترًا إلى محطة أرضية. كما طوّر مركز حرب المعلومات البحرية التابع للبحرية الأمريكية عرض الرابط البصري الستراتوسفيري (SOLD) كتجربة على بالونات عالية الارتفاع لتقليل مخاطر تكنولوجيا الاتصالات البصرية.

أما منهج سوفت بنك فكان مختلفًا؛ فبدلًا من إرسال بيانات اتصالات بين طرفية بصرية والأرض، أنشأت مسار ليزر ذهابًا وإيابًا: الأرض ← HAPS → الأرض.

اتجاهات تطوير أنظمة الاتصالات المستقبلية

الخطوة التالية هي الربط بالضوء. لا يستطيع العاكس الزاوي (CCR) ذاته نقل البيانات لأنه سلبي. ستحتاج أنظمة الاتصالات المستقبلية إلى تركيب أجهزة إرسال واستقبال بصرية على منصة HAPS قادرة على نقل واستقبال إشارات الليزر مع الحفاظ على الاتصال بمحطة أرضية أو قمر اصطناعي. وذكرت سوفت بنك أن نظام التتبع الذي تطوره لطرفيتها البصرية يستخدم نفس البنية البرمجية لنظام تحديد المدى بالليزر، مما يعني أن الخبرة المكتسبة في هذا العرض يمكن نقلها إلى المرحلة التالية. ويتمثل الهدف الأوسع للشركة في إنشاء شبكة اتصالات ثلاثية الأبعاد تتيح لمنصات HAPS ربط المستخدمين الأرضيين بالبنية التحتية، وربما بأقمار مدار الأرض المنخفض (LEO) الاصطناعية، كوصلة عالية السعة بين طبقات الشبكة المختلفة.

اختبرت سوفت بنك بالفعل خدمات اتصالات HAPS مع Sceye، بما في ذلك الاتصال بالهواتف الذكية، وتعمل نحو إمكان طرح تجاري بعد عام 2027. ويعالج هذا العرض الأخير المسألة الأساسية التي يجب أن تحلها هذه الشبكة: العثور بشكل موثوق على منصة متحركة على ارتفاع 20 كيلومترًا وتتبعها والحفاظ على رابط ليزر معها.

البند	المواصفات
نوع HAPS	LTA
ارتفاع التشغيل	نحو 20 كيلومترًا
معدل نقل الليزر	1.25 Gbit/s

الأثر المحتمل لتقنية نبضات الليزر

يمثل نجاح عرض هذه التقنية توسعًا إضافيًا لحدود تطبيق الاتصالات البصرية على المنصات عالية الارتفاع. ومن خلال التتبع بنبضات الليزر، سيتمكن الباحثون من التغلب على تحديات تتبع المنصات المتحركة على ارتفاعات عالية، مما يمهد الطريق لأنظمة الاتصالات المستقبلية. ومع تطور التقنية، سيسهم ذلك في تعزيز قدرات الربط بين الأرض والستراتوسفير وأقمار مدار الأرض المنخفض، ومن ثم دعم نقل بيانات أكثر كفاءة وإنشاء شبكات اتصالات أكثر فعالية. ويكتسب ذلك أهمية كبيرة لتطوير البنية التحتية للاتصالات في المستقبل.